宇宙中的雙黑洞系統(tǒng)已十分驚人，不過中國科學(xué)院上海天文臺(tái)科研人員有了新發(fā)現(xiàn)，這些雙黑洞或許并非“孤獨(dú)行者”，其背后可能藏著更為神秘的“大佬”。

近日，中國科學(xué)院上海天文臺(tái)韓文標(biāo)研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在引力波天文學(xué)領(lǐng)域取得重大突破，首次發(fā)現(xiàn)雙黑洞并合事件可能發(fā)生在第三個(gè)致密天體附近。這一成果為解開雙黑洞的形成之謎提供了新線索，相關(guān)成果于2025年8月1日發(fā)表在國際天文學(xué)學(xué)術(shù)期刊《天體物理雜志快報(bào)》上。

LIGO - Virgo - KAGRA引力波合作組織公布的引力波事件

自2015年人類首次探測(cè)到引力波以來，LIGO - Virgo - KAGRA合作組織已探測(cè)到超過100次引力波事件，其中大部分來自雙黑洞并合。這些事件為人類理解雙黑洞并合的物理過程提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，但目前學(xué)術(shù)界對(duì)于雙黑洞的形成和演化機(jī)制還不明確。

論文通訊作者、上海天文臺(tái)引力波團(tuán)組負(fù)責(zé)人韓文標(biāo)研究員介紹，2018年，他和合作者首次提出了“b - EMRI”的設(shè)想，即由一個(gè)超大質(zhì)量黑洞抓住一對(duì)雙黑洞，形成一個(gè)“三人組”，雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近相互繞轉(zhuǎn)，進(jìn)而輻射多頻段的引力波。

該系統(tǒng)在國際上被LISA計(jì)劃寫入白皮書，也被中國空間引力波探測(cè)計(jì)劃列為獨(dú)特波源。從那時(shí)起，韓文標(biāo)團(tuán)隊(duì)就開始從LIGO - Virgo引力波數(shù)據(jù)中尋找雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合的證據(jù)。

經(jīng)過分析，團(tuán)隊(duì)將目標(biāo)鎖定在引力波事件GW190814上。論文第一作者楊舒程博士介紹，GW190814里的兩個(gè)黑洞較為特殊，其質(zhì)量大小相差近10倍，這樣懸殊的組合可能是因?yàn)樗鼈冊(cè)鸵粋€(gè)超大質(zhì)量黑洞組成“三人組”，在彼此的引力作用下逐漸靠近。“也有人認(rèn)為，它們誕生在活動(dòng)星系核的吸積盤里，被周圍其他致密天體的引力推搡著慢慢靠近，最終并合?！?/p>

雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，若雙黑洞在第三個(gè)致密天體附近并合，其繞第三個(gè)天體的軌道運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生視向加速度（沿觀測(cè)者視線方向的加速度）。這種加速度會(huì)通過多普勒效應(yīng)改變引力波的頻率，在信號(hào)中留下獨(dú)特“印記”。

為了捕捉這一信號(hào)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種包含視向加速度的引力波波形模板，通過貝葉斯推斷方法，對(duì)多個(gè)高信噪比雙黑洞事件進(jìn)行了分析。

結(jié)果顯示，對(duì)于GW190814事件，包含視向加速度的模型明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的“孤立雙黑洞”模型，表明數(shù)據(jù)有力支持“存在視向加速度”的結(jié)論。

“這是國際上首次在雙黑洞并合事件中發(fā)現(xiàn)第三致密天體存在的明確跡象。”韓文標(biāo)研究員表示，這一發(fā)現(xiàn)意味著GW190814的雙黑洞可能并非孤立形成，而是處于一個(gè)更復(fù)雜的引力系統(tǒng)中，在揭示雙黑洞形成通道方面具有重要價(jià)值。

隨著愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡、宇宙探索者等下一代地面引力波探測(cè)器，以及LISA、太極、天琴等空間探測(cè)器投入使用，人類將能更精確地捕捉引力波信號(hào)中的細(xì)微變化。未來可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多類似GW190814的事件，有助于人類理解雙黑洞的形成演化機(jī)制。

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